第33卷第2期 2012年2月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDINGINSTITUTION
Vol.33 February
轴向压力对惯性摩擦焊的影响数值分析
王非凡，李文亚，陈亮，李京龙
（西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西省摩擦焊接重点实验室，西安710072）
摘要：在ABAQUS有限元软件二次开发环境下建立了GH4169高温合金管惯性摩擦焊接二维模型、采用了网格重划分技术模拟了不同焊接轴向压力对焊接接头温度场和轴向缩短量的影响。对温度场进行了综合分析，得到了不同轴向压力下接头温度场的变化规律。同时结合焊接接头轴向缩短量的变化，分析了轴向压力对接头飞边形貌的影响，结果表明，随着压力的增大，飞轮动能转化焊接热能效率明显提高，界面迅速到达高温动态平衡区间，有效形成均匀飞边：然而压力过大不利于接头温度均勾化，可能
造成强烈的应力集中，压力参数为400MPa可获得较佳质量接头，关键词：惯性摩擦焊；轴向压力；温度场；飞边形貌
中图分类号：TC40 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2012)02004104
王非凡
No.2 2012
维轴对称有限元模型，研究了儿何与工艺参数对 CH4169合金焊接轴向缩短量的影响，并与试验做
惯性摩擦焊接（inertiafrictionwelding，IFW）是一种先进固态连接技术，在航空航天、汽车、能源等领域中得到了广阔的应用1)，它实际上是一种靠摩擦加热、靠顶锻成形的塑性加工过程，其焊接热力参数的选定，直接影响到焊接接头的质量，焊接轴向压力是其最重要工艺参数之一，它直接影响焊接接头界面摩擦生热效率、热态塑性金属的动态行为、接头飞边的挤出、接头组织的形成及焊后残余应力因此开展轴向压力对惯性摩擦焊接接头温度场和飞边形貌影响的数值模拟研究，对于焊接过程和焊后接头质量控制具有重要的指导意义
Sluzalec[3]于1988年首次考虑了热和力的作用对摩擦焊接温度场的影响，摩擦系数为温度的函数，计算了摩擦加热阶段的温度场及其随摩擦压力变化的规律，Moal等人(4,5)分别针对同质和异质管材的 FW过程，建立了完全的二维热力耦合有限元计算模型得到了飞边形状和轴向缩短量随时间的变化曲线.傅莉等人‘根据金属塑性变形过程的大变形热弹性理论和服功原理，建立了摩擦焊接过程的二维热力耦合模型，分析了34CrMo4钢IFW接头动态温度场、应力场及应变场，张立文等人73]建立了二
收稿日期：2010-12-30
基金项目：西北工业大学朝期之量计划：教育部新世纪优秀人才计划
（NECT-08-0463）：国家自然科学基金资助项目（51005180）：教育部博士点基金新教师基金资助项目（20096102120017）
方方数据
了对比分析.Grant等人(9)使用DEFORM软件模拟了PR1000镍基高温合金IFW焊接压力与工件的残余应力、热历史和材料流动性的关系，然而，采用 ABAQUS软件分析轴向压力对惯性摩擦焊接影响的研究鲜有发表
文中直接运用材料的热物理与力学性能及试验焊接参数，建立了完全热力耦合二维有限元模型，并利用网格重划分技术对GH4169高温合金管材的 IFW过程进行了计算，分析了轴向压力对焊接接头温度场和轴向缩短量的影响，并结合轴间缩短量分析了轴向压力对飞边形貌的影响
1计算模型的建立 1.1几何模型
采用内径15mm，壁厚4mm和高21mm的管件为建模原型根据试件的轴对称性，其二维网格模型如图1所示，采用梯度网格划分，接近接头界
面部分单元尺寸0.25mm，远离界面处为1mm 1.2材料热物理性能参数
计算给出了GH4169高温合金材料热物理性能参数【10,]，如密度p、熔点T、弹性模量E、泊松比 μ、热导率k、比热容c和力学性能参数.此外，采用了Johnson-Cook材料本构充分考感材料的应变强化、应变硬化速率和材料软化等因素，材料变形流变应力可表示为